城市污泥堆肥對百日草生長發育的影響

歐陽英，王建湘，皮 俊

(湖南生物機電職業技術學院，湖南 長沙,410127)

隨著我國城市化進程的快速推進，我國城市污水處理產生的污泥數量大幅度增加[1,2]。污泥富含大量的有機質與礦質養分[3]，同時，通過堆肥處理，可降低污泥中的污染物含量和生物有效性[1]，適合做為農用資源利用。目前，污泥農用已成為城市污泥的主要處置方式之一[4]。與傳統的污泥農用相比較，觀賞植物栽培利用是目前城市污泥農用的新方向，具有成本低，不進入食物鏈等優點[5]，應用前景廣闊。

基于此，筆者選取觀賞植物百日草(Zinniaelegans)為試驗對象，以添加不同比例的城市污泥堆肥為栽培基質，以園土為對照，通過盆栽試驗，對觀賞植物百日草的生長發育情況進行研究，以期為使用污泥堆肥進行觀賞植物栽培這一污泥農用新方向提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

栽培基質成分：園土、污泥堆肥、珍珠巖、河沙。基質成分的基本理化性質見表1。

供試植物：百日草(Zinniaelegans)，2019年3月15日于溫室內進行穴盤播種育苗，苗期進行常規化管理。4月10日從中選取花苗長勢基本一致的壯苗進行盆栽試驗。

表1 基質成分的基本理化性質

1.2 試驗方法

試驗于2019年3月～9月在湖南省長沙市隆平高科技園試驗基地進行。設6個處理：

CK 100%園土；

處理ⅠV(污泥堆肥)∶V(珍珠巖) ∶V(河沙)=2.0∶2.0∶1.0；

處理ⅡV(污泥堆肥)∶V(珍珠巖) ∶V(河沙)=2.5∶1.5∶1.0；

處理ⅢV(污泥堆肥)∶V(珍珠巖) ∶V(河沙)=3.0∶1.0∶1.0；

處理ⅣV(污泥堆肥)∶V(珍珠巖) ∶V(河沙)=3.5∶0.5∶1.0；

處理ⅤV(污泥堆肥)∶V(珍珠巖) ∶V(河沙)=4.0∶0.0∶1.0。

試驗設計為單因素完全隨機區組試驗，每一處理重復4次。

1.3 測定指標與方法

1.3.1基質性質測定基質容質量與總孔隙度測定：環刀法。持水量測定：烘干法。pH測定：電位法。有機質測定：重鉻酸鉀容量法。重金屬測定：原子吸收分光光度法。全氮測定：半微量凱氏法。全磷測定：NaOH熔融—鉬銻抗比色法。全鉀測定：NaOH熔融—火焰光度法。堿解氮測定：堿解擴散法。速效磷：用0.5 mol·L―1的 NaHCO3(pH 8.5)提取液，加入無磷活性炭，過濾，混勻濾液、蒸餾水、鉬銻抗試劑，顯色后用分光光度計測定。速效鉀：用1 mol·L―1的中性NH4OAc溶液提取，火焰光度計測定。

1.3.2植株中營養元素質量分數的測定植株中氮質量分數測定：凱氏定氮法；植株中磷質量分數測定：鉬銻抗比色法。植株中鉀質量分數測定：火焰分光光度計法。

1.3.3植株部分生理指標測定每處理選取長勢一致的植株10株，分別于移栽時(移栽株高H1)和收獲時(收獲株高H2)用直尺測量其株高，于收獲時用游標卡尺測量最大葉長、葉寬，于收獲時用電子天平稱量植株鮮質量。同時，記錄花期以及植株收獲前的開花總數。

1.3.4植株生長量計算計算公式：增高量=H2-H1

1.4 數據處理與統計分析

使用Microsoft Excel 2019進行數據處理，通過SPSS 24.0對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 供試基質的物理性質分析

較理想的標準基質應滿足以下條件：容質量約0.5 g·cm―3；總孔隙度在54%～96%之間；氣水比范圍為0.25～0.33[6]。為使試驗設計的栽培基質符合這些要求，比較了供試基質的物理性質。

試驗結果表明，試驗設計的5種混合基質(處理Ⅰ～處理Ⅴ)的容質量均低于園土(CK)；污泥堆肥容質量較小，通氣孔隙一般，持水量大；珍珠巖容質量小，通氣孔隙大，通氣透水性較好，堆肥中加入珍珠巖，增加了基質的通氣性與透水性；河沙的容質量大，加入后可改善基質的容質量。除對照CK之外，5種混合基質(處理Ⅰ～處理Ⅴ)的容質量、總孔隙度以及氣水比都與理想基質接近，較符合栽培基質的要求(表2)。

表2 供試基質的物理性質

2.2 污泥堆肥對百日草生長發育的影響

百日草喜肥沃濕潤的土壤，在貧瘠干旱的土壤上生長發育較差。本次試驗分別從百日草增高量、最大葉長、最大葉寬、花朵數量、花期、鮮質量等幾個方面分析了不同污泥堆肥處理對百日草生長發育的影響。試驗結果表明，不同供試基質中生長的百日草植株生理指標數據差別較大，污泥堆肥可促進百日草的生長發育，5種供試基質均適于栽種百日草，效果均優于園土(表3)。這可能與污泥堆肥富含大量的有機質與礦質養分，而百日草喜肥的特性有關。

通過對不同配比基質中百日草的生理指標數據進行方差分析與多重比較，不同配比基質間植株的生長發育存在顯著差異，處理Ⅱ中的百日草生長發育最好，處理Ⅲ次之(表3)。分析其原因，可能與污泥堆肥中的重金屬過量危害及百日草喜濕潤土壤的習性有關。隨著供試基質中污泥用量的增加，有機質與礦質養分更充足，促進了喜肥的百日草的生長發育，但隨著污泥用量的繼續增加，其中的重金屬等有害物質含量超出了百日草的適應范圍，危害其生長發育。同時，處理Ⅱ的持水量優于處理Ⅲ，土壤更濕潤，更有利于百日草的生長發育。

表3 不同污泥堆肥處理對百日草生長發育的影響

2.3 污泥堆肥對百日草氮、磷、鉀質量分數的影響

試驗對CK和處理Ⅱ的百日草全株中的氮、磷、鉀質量分數進行了測定，以分析污泥堆肥對百日草氮、磷、鉀質量分數的影響。試驗結果表明，污泥堆肥可為百日草生長發育提供所需的氮、磷及部分鉀元素(表4)。處理Ⅱ的氮、磷質量分數均高于對照CK，但鉀質量分數較對照CK低，這可能與供試基質中的氮、磷、鉀質量分數相關，已有研究表明，污泥堆肥中的各元素含量均高于土壤，氮、磷尤其明顯，而鉀含量變化并不明顯[6]。

表4 污泥堆肥對百日草氮、磷、鉀質量分數的影響

2.4 百日草栽植前后栽培基質中重金屬的殘留

我國污泥中Cu，Zn的含量高，是限制污泥土地利用的主要因素之一，同時，不同植物對重金屬的吸收富集能力不同[9]。本次試驗對百日草栽植前后處理Ⅱ中基質的重金屬元素Cu，Zn，Pb，Cd，Cr，As的質量分數進行了測定。結果表明，栽植前后基質中幾種重金屬元素的質量分數變化幅度并不明顯(圖1)，大部分添加的城市污泥中的重金屬還殘留在基質中。究其原因，可能與植物本身的特點有關，百日草對幾種重金屬的吸收富集作用較弱。

圖1 栽植前后基質中重金屬質量分數的變化

3 結論與討論

3.1 結論

(1)城市污泥堆肥容質量較小，通氣孔隙一般，持水量大。加入污泥堆肥后的混合基質的容質量、總孔隙度以及氣水比都與理想基質接近，較符合栽培基質的要求，能為百日草提供利于根系生長的環境條件。

(2)使用污泥堆肥作為栽培基質能明顯促進百日草的生長發育，以V(污泥堆肥)∶V(珍珠巖) ∶V(河沙)=2.5∶1.5∶1.0的比例最適合，該結果與本課題組在高羊茅無土草毯與鳳仙花上的栽培研究結果相似[7,8]。

(3)城市污泥養分豐富，污泥堆肥可為百日草生長發育提供所需的氮、磷及部分鉀元素，從營養角度來看，是較為理想的栽培基質。

3.2 討論

利用城市污泥堆肥栽培觀賞植物，可脫離食物鏈，減輕對人體的危害。本試驗主要研究了污泥堆肥用于百日草栽培時，對栽培基質理化性質以及百日草生長發育的影響，有關百日草的重金屬凈化及富集問題還有待進一步的研究。在本研究中，百日草對污泥堆肥中重金屬的凈化效果不明顯，這與鳳仙花[8]、白三葉[9]、紫花苜蓿[9]等對污泥堆肥中重金屬的凈化試驗結果基本一致。已有研究表明，部分觀賞植物會富集某些重金屬[9,10]，在今后的研究過程中，需要關注不同重金屬在不同觀賞植物體內的富集效果，以便對觀賞植物植株殘體采取更有針對性的處置方式，避免再次污染環境。